本文首发于“生态学者”公众号！

植物与分解者多样性对凋落物分解过程具有重要调控作用，并可在一定程度上缓解气候变化对分解系统的负面影响。长期以来，相关理论与经验研究多聚焦地上叶片凋落物，发现不同植物叶片混合分解常出现“非加性效应”，即实际分解速率偏离基于单种的预测值。然而，地下系统中多样性–分解关系的总体规律仍缺乏系统性认识。相比叶片，吸收根“周转快、分解慢”，是维系森林土壤碳库的重要来源；在多样性情景下，其大尺度分解模式的实证研究仍属空白，限制了我们对植物多样性在生物地球化学循环中作用的全面认知。

本研究选取分属27科44属的57种亚热带树种，利用其吸收根构建了585个微宇宙，涵盖57个单树种和138个双树种的根系底物组合。结果发现，70%的组合出现“非加性效应”，即双树种混合分解速率偏离基于单种的预测分解速率。其中57%表现出加速分解的协同效应，仅13%表现出减缓分解的拮抗效应。同时，通过整合全球双树种叶片混合分解数据库(n = 326)，并与本研究吸收根混合分解效应(n = 138)对比发现，根系混合分解效应比叶片混合分解效应高出3倍(图1)。值得强调的是，叶片凋落物分解数据表明野外条件下(eLife | 全球森林植物多样性与凋落物分解的关系)的协同效应显著强于微宇宙实验，暗示在异质性更高的自然生态系统，根系混合分解的协同效应可能同样比微宇宙条件下更强。

树木吸收根普遍与丛枝菌根(AM)或外生菌根(ECM)真菌共生，两类菌根类型具有不同的养分经济策略和根性状特征，可能导致根系凋落物化学组成的系统性分化(New Phytologist | 菌根与生境对木本植物根系性状-分解关系的调控作用)。因此，跨菌根类型(AM+ECM)的混合底物可能展现更显著的性状互补性和正向协同效应。为验证这一假设，我们区分不同菌根类型，发现这种“混合分解加速”的现象并非仅在跨菌根类型的根系组合中存在，当根系组合中包含外生菌根树种时(即AM+ECM和ECM+ECM组合)普遍会出现显著协同效应，而在纯AM组合中未观察到此现象。我们进一步对根系凋落物的关键性状指标进行量化分析，发现在所有138个组合中，根系缩合单宁含量的差异是协同效应的主要预测因子，而在仅涉及外生菌根树种(ECM+ECM)的组合中，氮浓度则成为关键的驱动因子(图2)。

综上，本研究发现树种多样性效应对分解的正向促进作用在地下根系统中更强，且该效应受菌根类型与根系化学性状的共同调控。这一证据挑战了基于单一底物或单树种情景所形成的“吸收根分解缓慢，进而限速养分循环”的传统认识，未来需强化多样性背景下自然生态系统地下分解过程研究。本研究也为森林培育与经营管理提供了重要启示：人工林混交化应关注地下功能多样性，尤其是树种菌根类型与根系功能性状的差异，通过策略性组配不同菌根类型树种及根系性状组合，来促进人工林养分循环与碳汇形成，培育具备更高固碳潜力和气候韧性的森林生态系统。

图1 吸收根与叶片分解的实测和预测质量损失及其混合效应

图2 菌根类型对根系分解混合效应的影响

研究成果近期在线发表于Nature Communications。论文第一作者为中国科学院地理科学与资源研究所博士后蒋蕾(现为浙江农林大学副教授)，通讯作者为寇亮研究员。合作者包括法国蒙彼利埃大学的Stephan Hättenschwiler教授、浙江农林大学史文辉副教授、应叶青教授、地理所李胜功研究员等。研究工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等项目资助和支持。

论文信息：

Lei Jiang, Stephan Hättenschwiler, Ning Ma, Jiajia Zheng, Wenhui Shi, Yeqing Ying, Shenggong Li, Han Yan, Liang Kou*. 2025. Root mixing effects on belowground decomposition depend on mycorrhizal type. Nature Communications. 论文链接: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65163-7

Lei Jiang, Huimin Wang, Shenggong Li, Xiaoli Fu, Xiaoqin Dai, Han Yan, Liang Kou*. Mycorrhizal and environmental controls over root trait decomposition linkage of woody trees. New Phytologist, 2021, 229: 284-295. 论文链接: https://doi.org/10.1111/nph.16844

Liang Kou^#,*, Lei Jiang^#, Stephan Hättenschwilerc, Miaomiao Zhang, Shuli Niu, Xiaoli Fu, Xiaoqin Dai, Han Yan, Shenggong Li*, Huimin Wang*. Diversity decomposition relationships in forests worldwide. eLife, 2020, e55813. 论文链接: https://doi.org/10.7554/eLife.55813

相关阅读：

Nature Geoscience | 地理所寇亮研究组首次量化北半球森林最细根对土壤碳累积的长期贡献；

Trends in Plant Science | 地理资源所寇亮团队发表关于“根系迭代效应”全新理论范式与量化方法的最新成果；

Nature Communications | 中国科学院地理资源所寇亮研究组提出树木根系“获取-防御-分解”地下反馈循环概念框架；

New Phytologist | 地理资源所寇亮、王辉民研究员等揭示演替早期森林根经济空间及物种共存地下基础；

New Phytologist | 中国科学院地理所：菌根共生途径塑造树木根经济空间